食品工业用酶

关于食品工业用酶第1页，共81页，2023年，2月20日，星期日第七章食品工业用酶酶的作用条件温和，是最适合于食品加工的催化剂。如蛋白酶是食品工业中最重要的一类酶；糖酶中的淀粉酶是用途最广、产量最大的一种酶制剂。第2页，共81页，2023年，2月20日，星期日第一节糖酶

糖酶的作用是裂解多糖中将单糖结合在一起的化学键，使多糖降解成较小的分子。糖酶还能催化糖单位结构上的重排，形成新的糖类化合物，这类反应被称为转糖苷作用。第3页，共81页，2023年，2月20日，星期日一、淀粉酶淀粉酶是能够作用于淀粉、糖原和多糖衍生物，能催化其转化成葡萄糖、麦芽糖及其他低聚糖的一类酶。第4页，共81页，2023年，2月20日，星期日一、淀粉酶根据淀粉酶对淀粉的水解方式不同，可将淀粉酶分成三类：α－淀粉酶，从底物分子内部将糖苷键裂开；β－淀粉酶，从底物的非还原性末端将麦芽糖单位水解下来；葡萄糖淀粉酶，从底物的非还原性末端将葡萄糖单位水解下来。第5页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.α－淀粉酶

α－淀粉酶，又称液化酶。存在于植物、哺乳类动物组织和微生物中。

α－淀粉酶以随机的方式作用于淀粉产生还原糖，其作用模式、性质和降解产物因酶的来源不同而稍有差别。第6页，共81页，2023年，2月20日，星期日α－淀粉酶的作用机制典型的α－淀粉酶是内切酶，随机作用于淀粉、糖原的α－1，4糖苷键，不能水解α－1，6糖苷键。第7页，共81页，2023年，2月20日，星期日α－淀粉酶的作用机制水解直链淀粉时，先切开淀粉分子中间部分的α－1，4糖苷键使长链淀粉分解成短链糊精，糊精继续水解，最后产物为α－麦芽糖和少量葡萄糖。在水解支链淀粉时，由于它不能水解分支点的α－1，6糖苷键，因此作用的产物中不仅有麦芽糖和葡萄糖，还有异麦芽糖。第8页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.α－淀粉酶α－淀粉酶以直链淀粉为底物时，反应一般按两个阶段进行:第一阶段直链淀粉快速降解，产生寡糖。第二阶段的反应包括寡糖缓慢水解生成最终产物葡萄糖和麦芽糖。第9页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.α－淀粉酶α－淀粉酶作用于支链淀粉时产生葡萄糖、麦芽糖和一系列α－限制糊精（由4个或更多个葡萄糖基构成的寡糖）。第10页，共81页，2023年，2月20日，星期日（1）分子量多数α－淀粉酶的分子量在50000左右，每一个分子中含有一个Ca2+。当锌存在时，形成的二聚体中含有一个锌原子，锌原子的作用是在酶的两个单体之间形成交联。第11页，共81页，2023年，2月20日，星期日底物络合物，但它起着维持酶的最和脲等变性因素的稳定性降低。（2）钙的作用α－淀粉酶分子中存在钙，钙

如果将酶分子中的钙完全除去，就能导致酶基本上失活和对热、酸与酶分虽子然的钙结没合有非直常接牢参固与。形成酶－适宜构象的作用，使酶具有最高力和最高稳定性。第12页，共81页，2023年，2月20日，星期日（3）pH对α－淀粉酶作用的影响α－淀粉酶的活力－pH图是典型的钟型曲线，在pH4.5—7.0之间具有最高活力。对于不同来源的α－淀粉酶，其活力－pH曲线的形状和最适pH的位置稍有差别。第13页，共81页，2023年，2月20日，星期日（3）pH对α－淀粉酶作用的影响pH对α－淀粉酶稳定性和酶活力的影响具有很重要的实际意义。例如，黑麦粉中含有过量的α－淀粉酶，如果能在pH3.4-4.0时快速失活，那么用黑麦粉加工面包时，就能防止淀粉的过分糊精化和产生胶粘状的面包瓤。第14页，共81页，2023年，2月20日，星期日（4）温度对α－淀粉酶作用的影响在与钙相结合的条件下，α－淀粉酶的热稳定性高于β－淀粉酶。不同来源的α－淀粉酶具有不同的热稳定性。在实际应用中，根据α－淀粉酶的热稳定性将它们分成耐热和不耐热α－淀粉酶。第15页，共81页，2023年，2月20日，星期日（5）α－淀粉酶的用途及展望α－淀粉酶的用途极为广泛，不同来源的α－淀粉酶具有不同的性质。黑曲霉酸性α－淀粉酶适用于制造助消化的药物；米曲霉α－淀粉酶耐热性较差，用于面包工业；耐热性强的细菌α－淀粉酶，适于淀粉液化及酶法生产葡萄糖。第16页，共81页，2023年，2月20日，星期日2.β－淀粉酶

β－淀粉酶也称为糖化淀粉酶。存在于大多数高等植物和微生物中，不存在于哺乳类动物中。第17页，共81页，2023年，2月20日，星期日（1）β－淀粉酶的作用β－淀粉酶是一种外切酶，从淀粉分子非还原性末端裂开α－1，4－糖苷键，依次将单个麦芽糖单位水解下来，产物的构型从α型转变成β型。第18页，共81页，2023年，2月20日，星期日（1）β－淀粉酶的作用β－淀粉酶不能裂开支链淀粉中的α－1，6－糖苷键，也不能绕过支链淀粉的分支点继续作用于α－1，4－糖苷键，因此β－淀粉酶对支链淀粉的作用是不完全的。支链淀粉经β－淀粉酶作用后，50－60℅转变成麦芽糖，其余部分称为β－限制糊精。第19页，共81页，2023年，2月20日，星期日（2）β－淀粉酶的性质β－淀粉酶作用的最适pH范围是5.0-6.0，在20℃和pH4－8或9的范围内至少可以稳定24h。第20页，共81页，2023年，2月20日，星期日（2）β－淀粉酶的性质β－淀粉酶的热稳定性和它的来源有关。在钙离子存在的条件下，70℃加热α－淀粉酶和β－淀粉酶混合物，可使β－淀粉酶失活。因此钙离子对β－淀粉酶有降低稳定性的作用。第21页，共81页，2023年，2月20日，星期日（2）β－淀粉酶的性质β－淀粉酶的分子量一般高于α－淀粉酶。例如，甘薯β－淀粉酶的分子量高达152000。第22页，共81页，2023年，2月20日，星期日（3）β－淀粉酶作用机制

酶的活性部位中至少含有三个特异基团X、A和B，它们参与酶同底物的结合和酶－底物络合物转变成产物的过程，其中X基团能识别淀粉分子非还原性末端C(4)上的－OH基。第23页，共81页，2023年，2月20日，星期日（3）β－淀粉酶作用机制

当X基团和C(4)上的－OH基发生相互作用时，底物分子的第二个糖苷键配置在催化基团A和B的邻近处，形成具有反应力的酶－底物络合物。当X基团未能正确的发挥作用和酶被环状糊精抑制时就生成没有反应力的络合物。第24页，共81页，2023年，2月20日，星期日3.葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶是一种外切酶，从淀粉分子非还原性末端逐个将葡萄糖单位水解下来。当它切开淀粉分子中的α－1，4－糖苷键时，将C(1)的构型从α型转变成β型。第25页，共81页，2023年，2月20日，星期日3.葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶具有较低的特异性，既能作用于α－1，4－糖苷键，又能作用于α－1，3和α－1，6－糖苷键。但水解这三种糖苷键的速度是不同的。第26页，共81页，2023年，2月20日，星期日3.葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶作用的最适pH范围是4－5，最适温度范围是50－60℃。分子量为70000左右。第27页，共81页，2023年，2月20日，星期日3.葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶的作用机制仍然不清楚。这个酶和β－淀粉酶在某些方面类似，例如葡萄糖淀粉酶的作用也是裂开C(1)-O键，生成的葡萄糖的构型也发生了转变。然而，环状糊精并没有抑制葡萄糖淀粉酶，因此这两种酶的作用机制应该存在着重大的差别。第28页，共81页，2023年，2月20日，星期日4.脱支酶脱支酶能催化水解支链淀粉、糖原及相关大分子化合物中的α－1，6－糖苷键。根据其作用方式可以分为：直接脱支酶和间接脱支酶。第29页，共81页，2023年，2月20日，星期日4.脱支酶直接脱支酶水解未改性的支链淀粉和糖原中的α－1，6－糖苷键，间接脱支酶只能作用于已由其他酶改性的支链淀粉和糖原。第30页，共81页，2023年，2月20日，星期日5.淀粉酶在食品工业中的应用目前淀粉酶最重要的应用是从淀粉制备糊精糖浆，葡萄糖和麦芽糖。

由于地衣形芽孢杆菌α－淀粉酶具有特别高的耐热性，因而被广泛地应用在淀粉的液化工艺中。第31页，共81页，2023年，2月20日，星期日二、转化酶转化酶催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖。在反应中组分的旋光度发生了变化。蔗糖水解成葡萄糖和果糖使得溶液的旋光度净改变86.25°。因为在反应期间溶液的旋光度发生了转化，所以催化反应的酶被称为转化酶。第32页，共81页，2023年，2月20日，星期日二、转化酶转化酶广泛分布在自然界，植物，动物和微生物中都存在。转化酶有两种，β－呋喃果糖苷酶和α－葡萄糖苷酶。前者催化水解C(2)-O键，后者催化水解C(1)-O键。第33页，共81页，2023年，2月20日，星期日二、转化酶转化酶对于食品工业的重要性在于：浓的蔗糖溶液经转化酶作用后水解成较甜的糖浆；蔗糖溶液转化后具有较高的沸点、较低的凝固点和较高的渗透压；经转化作用生成的单糖具有比蔗糖更高的溶解度。第34页，共81页，2023年，2月20日，星期日三、乳糖酶β－半乳糖苷酶通常被称为乳糖酶。乳糖酶能催化β－D－半乳糖苷键和α－L-阿拉伯糖苷键水解，其中催化乳糖水解是研究的最多的反应。第35页，共81页，2023年，2月20日，星期日三、乳糖酶乳糖水解成半乳糖和葡萄糖后使糖液的甜度提高。乳糖的溶解度较低，在冷冻乳制品中容易析出，使得产品带有颗粒状结构。乳糖部分水解后可以防止出现这种现象。第36页，共81页，2023年，2月20日，星期日四、纤维素酶

纤维素酶作用于纤维素和从纤维素派生出来的产物。 因为它有可能将废纸和锯屑等富含纤维素的废物转变成食品原料，因此，从长远的观点来看，纤维素酶是非常重要的。第37页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.纤维素酶的分类和作用模式根据作用模式不同，可将纤维素酶分成三类：（1）纤维二糖水解酶：对于纤 维素具有最高的亲和力，也能 降解结晶的纤维素。产物为纤 维二糖，为外切酶。第38页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.纤维素酶的分类和作用模式（2）β－1，4－葡聚糖酶，包括两 种酶：外切－β－1，4－葡聚糖酶 和内切－β－1，4－葡聚糖酶。前 者从纤维素链的非还原性末端逐个 的将葡萄糖水解下来，水解下来的 葡萄糖的构型从β型转变成α型。 后者以随机方式从纤维素链的内部 将它裂开，不改变产物的构型。第39页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.纤维素酶的分类和作用模式（3）β－葡萄糖苷酶：作用于小 分子量底物时表现出最高的活力。

能将纤维二糖水解成葡萄糖分子。第40页，共81页，2023年，2月20日，星期日2.影响纤维素酶作用的因素

纤维素酶的最适pH一般为4.5-6.5。从黑曲霉生产的商业纤维素酶制剂的最适pH范围是pH4.5-5.5，酶制剂的最适pH也随着底物的改变而变化。第41页，共81页，2023年，2月20日，星期日2.影响纤维素酶作用的因素大多数纤维素酶具有很高的热稳定性。第42页，共81页，2023年，2月20日，星期日2.影响纤维素酶作用的因素葡萄糖酸内酯能有效的抑制纤维素酶；重金属离子也能抑制纤维素酶。半胱氨酸能消除他们的抑制作用，甚至进一步激活纤维素酶。第43页，共81页，2023年，2月20日，星期日2.影响纤维素酶作用的因素植物组织中含有天然的纤维素酶抑制剂，能保护植物免遭霉菌的腐烂作用，这些抑制剂是酚类化合物。植物组织中存在着高的氧化酶的活力，能将酚类化合物氧化成醌类化合物，后者能抑制纤维素酶。第44页，共81页，2023年，2月20日，星期日4.纤维素酶在食品工业中的应用尽管使植物性食品中的纤维素增溶和糖化是很有吸引力的研究课题，但是纤维素酶在食品工业中的应用仍然很少。主要原因是目前还不能提供快速降解不溶性底物的纤维素酶制剂。第45页，共81页，2023年，2月20日，星期日五、果胶酶1.果胶物质

果胶物质是指植物中呈胶态的聚合碳水化合物，它的主要成份是脱水半乳糖醛酸。果胶物质存在于所有的高等植物中，沉积于细胞壁和细胞间层中。第46页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.果胶物质果胶物质可以分类如下：原果胶果胶酯酸果胶酸第47页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.果胶物质原果胶以化学和物理方式同细胞的其它成份混合在一起，不溶于水。原果胶的结构以及它在果蔬成熟期间转变成可溶性果胶的机制都没有完全搞清楚。第48页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.果胶物质果胶酸果胶酸分子中脱水半乳糖醛酸单位上的羟基基本上是游离的。第49页，共81页，2023年，2月20日，星期日1.果胶物质果胶酯酸果胶酯酸分子中含有一定数量的甲酯集团，果胶酯酸包括果胶。果胶分子中75％左右的羟基是甲酯化的，其溶液在加适量糖和酸时形成凝胶。第50页，共81页，2023年，2月20日，星期日2.果胶酶的分类果胶酶包括两类，一类能催化果胶解聚，另一类能催化果胶分子中的酯水解。第51页，共81页，2023年，2月20日，星期日2.果胶酶的分类

酶分类

作用于果胶的酶作用于果胶酸的酶 果胶酯酶

酶名称

聚甲基半乳糖醛酸酶（PMG）聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL） 或果胶裂解酶 聚半乳糖醛酸酶（PG） 聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL） 或果胶酸裂解酶 果胶、果胶酰基水解酶（PE）

作用方式

作用于果胶，水解 作用于果胶，裂解作用于果胶酸，水解作用于果胶酸，裂解作用于果胶中的酯， 水解第52页，共81页，2023年，2月20日，星期日3.果胶酶的分布

高等植物中一般不含裂解酶；霉菌中存在各种果胶酶；只有个别种类的酵母含有果胶酶的活力；细菌中果胶酶主要是聚半乳糖醛酸裂解酶，也有一些细菌含有聚半乳糖醛酸酶。第53页，共81页，2023年，2月20日，星期日4.果胶酶在食品工业中的应用果胶物质存在于水果和蔬菜中，它的变化对于水果和蔬菜的结构有重要的影响。果胶酶能降解果胶物质，因而在食品加工和保藏中起重要作用，主要用于果汁的萃取和澄清。第54页，共81页，2023年，2月20日，星期日蛋白酶是食品工业中最重要的一类酶。在干酪生产、肉类嫩化和植物蛋白质改性中都大量的使用蛋白酶。第55页，共81页，2023年，2月20日，星期日

蛋白酶催化的最普通的反应是水解蛋白质中的肽键。HOR2HOR2

︱‖︱H2O︱‖︱x—N—C—C—N—C—C—y→x—N—C—C—OH+H2N—C—C—y

︱︱︱︱‖︱︱︱‖HR1HHOHR1HO第56页，共81页，2023年，2月20日，星期日

最早的蛋白酶分类方法是根据酶的来源。木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶和菠萝蛋白酶都是来自植物；胰蛋白酶来自胰脏；胃蛋白酶和凝乳酶来自胃。第57页，共81页，2023年，2月20日，星期日第二种分类方法是根据链端解酶和肽链内切酶。肽链端解酶从肽链的一个末端开始将水解下来。它还可以再分成氨基酸作用模式，将蛋白酶分为肽羧肽酶和胺肽酶，前者的作用是从肽链的羧基末端开始，后者是从氨基末端开始。肽链内切酶从肽链的内部将肽链裂开。第58页，共81页，2023年，2月20日，星期日另一种分类方法是以酶的活性部位的化学性质为基础的。根据这个概念，可以将蛋白酶分为四类：丝氨酸蛋白酶、巯基蛋白酶、金属蛋白酶、羧基蛋白酶。第59页，共81页，2023年，2月20日，星期日酶、弹性蛋白酶和枯草杆菌氨酸残基的羧基作用，因而强烈这一类蛋白酶的活性部位中含有丝氨酸残基。由于二异丙基氟磷酸能和丝地抑制丝氨酸蛋白酶。这一类酶属于肽链内切酶。胰蛋白酶、胰凝乳蛋白蛋白酶都属于这一类。第60页，共81页，2023年，2月20日，星期日由于氧化剂、烷基化剂和重金属离子能与巯基结合，因

这一类蛋白酶的活性部位中含有一个或更多的巯基。而抑制巯基蛋白酶。

植物蛋白酶和一些微生物蛋白酶属于这一类。第61页，共81页，2023年，2月20日，星期日这一类蛋白酶中含有Mg、Zn、Mn或Fe等金属离子。离子从酶蛋白中分离出去，酶在失去金属离子后就失活。氰化物能有效抑制金属蛋白酶。羧肽酶A入EDTA时，金属当酶液中加，一些胺肽酶和细菌蛋白酶属于这一类。第62页，共81页，2023年，2月20日，星期日试剂能抑制酶。酸性pH范围内具多霉菌蛋白酶在羧基（酸性）蛋白酶的最适有活这一类蛋白酶的活性部位中有两个羧基，也称为酸性蛋白酶。pH一般在2－4的范围内。

胃蛋白酶、凝乳蛋白酶和许对－溴苯甲酰甲基溴或重氮力，属于这一类酶。第63页，共81页，2023年，2月20日，星期日

蛋白酶具有将蛋白质水解成肽和氨基酸的功能，能提高和改善蛋白质的溶解性、乳化性、起泡性、黏度和风味等，在食品行业中广泛应用于肉的嫩化、制造鱼蛋白、增加面团柔软性、防止啤酒产生浑浊等工艺。第64页，共81页，2023年，2月20日，星期日酶法水解蛋白质能提高其从食品原料中的回收率和改进它的功能性质。一些伴随蛋白质水解过程的非蛋白物质的水解作用对提高蛋白质的回收率也有促进作用。相比于蛋白质的酸或碱水解，酶水解的条件比较温和，能保留蛋白质更多的营养价值。此外，酶水解过程也易于控制。第65页，共81页，2023年，2月20日，星期日以地衣形芽孢杆菌蛋白酶水解大豆分离蛋白质为例，其水解度对蛋白质的主要功能性质的影响如下。第66页，共81页，2023年，2月20日，星期日

未变性的大豆蛋白的溶解度在等电点附近（pH3－5）最低，这就排除了它在许多食品，特别是饮料中应用的可能性。当DH（水解度）达到8％或更高时，大豆蛋白的溶解度在很大的pH范围内显著提高，这样就扩大了大豆蛋白质在食品中的应用范围。第67页，共81页，2023年，2月20日，星期日蛋白质形成稳定的油/水乳状液是食品蛋白质最有用的功能性质。大豆蛋白的乳化能力随DH增加而提高。第68页，共81页，2023年，2月20日，星期日蛋白质的酶水解能显著影响它的起泡性质。酶水解后，蛋白质的起泡能力提高10倍以上。第69页，共81页，2023年，2月20日，星期日小麦、鱼和大豆蛋白质的特征风味是由于它们结合着少量其他化合物。蛋白质经酶水解后能释放出这些风味成分，其中包括一些不良的风味成分，也可能导致蛋白质产生苦味。第70页，共81页，2023年，2月20日，星期日水解蛋白质的苦味和蛋白质原有的氨基酸组成有关，特别是蛋白质中的疏水性氨基酸是导致蛋白质经水解后产生苦味肽的重要原因。第71页，共81页，2023年，2月20日，星期日如果采取有控制的酶水解，使蛋白质的水解反应停止在某一个阶段，使肽链具有足够的长度将疏水性氨基酸埋藏在它的结构内部，就能减少水解蛋白质的苦味。第72页，共81页，2023年，2月20日，星期日①采用酶水解法加工等电点可溶的水解大豆蛋白质（ISSPH）由脱脂大豆粉加工的等电点可溶的